CN111738118A - 一种基于视觉识别的垃圾分类管理方法及系统 - Google Patents

一种基于视觉识别的垃圾分类管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于视觉识别的垃圾分类管理方法及系统，本发明对应的方法通过视觉识别进行垃圾分类，能够自动识别垃圾类别，方便广大群众分类垃圾和后续进行垃圾处理，避免垃圾混杂的情形；本申请对应的系统包括：识别终端，数据处理终端和垃圾桶终端，本发明通过识别终端对垃圾进行识别上传，数据处理终端的控制模块将识别终端的垃圾图像数据与数据存储模块的数据进行对比归类，能够自动识别垃圾类别打开对应垃圾桶盖，方便广大群众分类垃圾和后续进行垃圾处理，避免垃圾混杂的情形，符合环保要求。

Description

一种基于视觉识别的垃圾分类管理方法及系统
技术领域
本发明涉及垃圾分类技术领域，尤其涉及一种基于视觉识别的垃圾分类管理方法及系统。
背景技术
垃圾是生活和生产中所产生的废物，是不被需要或无用的固体、流体物质。在人口密集的大城市，垃圾处理是一个令人头痛的问题。常见的做法是收集后送往堆填区进行填埋处理，或是用焚化炉焚化。但两者均会导致环境保护的问题，据统计，全国生活垃圾堆存量达70亿吨，占地约80多万亩，堆填区中的垃圾处理不但会污染地下水和发出臭味，而且很多城市可供堆填的面积已越来越少。焚化则无可避免会产生有毒气体，危害生物体。多数的城市都在研究减少垃圾产生的方法，和鼓励资源回收。而垃圾分类是实现减量、提质、增效的必然选择，是改善人居环境、促进城市精细化管理、保障可持续发展的重要举措。而现有的垃圾分类一般是利用大量的宣传和培训来提高广大民众的垃圾分类意识以及分类的技巧，但是，很多人对于垃圾具体的分类还是不明确，导致垃圾分类混杂，后期处理难度增大，没办法很好的解决垃圾分类处理的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够自动识别垃圾类别，方便广大群众分类垃圾和后续垃圾处理，符合环保要求的一种基于视觉识别的垃圾分类管理方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
一种基于视觉识别的垃圾分类管理方法，包括如下步骤：
S1：使用者将垃圾接触识别终端；
S2：识别终端的触发模块利用传感器感应到物体接触后，驱动视觉识别模块的摄像头开启；
S3：视觉识别模块摄像头拍摄垃圾图像，并将图像传输到第一通讯模块；第一通讯模块将垃圾图像传输到数据处理终端的第二通讯模块；
S4：数据处理终端的控制模块对垃圾图像进行分类学习，人工采集垃圾的原始数据，将垃圾的原始数据存储在数据存储模块中，控制模块预训练一个分类网络从而得到各类垃圾特征提取的网络结构，微调上述网络结构为具体商品的识别网络结构；通过区域划分和分类器输出各个提取区域的分类标签，将数据保存到数据存储模块中；
S5：第二通讯模块将数据传输到控制模块，控制模块提取传输过来的垃圾图像的特征信息，并将该特征信息与数据存储模块中已经确定好的网络结构对比，当特征信息相匹配时，记录下网络结构对应分类区域的分类标签，定义为垃圾的具体分类；
S6：控制模块定义好垃圾分类后，向对应垃圾分类的垃圾桶终端的控制终端发送信号，控制终端再给盖体终端发送信号，盖体终端的伺服电机或电控锁收到信号后，驱动打开垃圾桶盖，用户投递垃圾；
S7：垃圾桶终端的溢满识别终端的传感器识别垃圾接触，当识别到物体接触时，溢满识别终端向控制终端发送溢满数据，控制终端将溢满数据发送给控制模块，控制模块进行溢满提醒；
S8：管理人员操作控制模块，控制模块给对应溢满提醒的垃圾桶终端的控制终端发送信号，控制终端收到信号后给前开门终端发送开门信号，前开门终端的电控锁接收到信号，开启前开门，回收处理垃圾；
S9：完成垃圾的分类和回收。
本发明还公开了一种基于视觉识别的垃圾分类管理系统，包括：识别终端，数据处理终端和垃圾桶终端，所述的识别终端、数据处理终端和垃圾桶终端顺序连接，所述的识别终端包括触发模块，视觉识别模块和第一通讯模块，所述的视觉识别模块连接触发模块，第一通讯模块连接视觉识别模块，所述的触发模块利用传感器触发，所述视觉识别模块由摄像头组成，所述的数据处理终端包括第二通讯模块，控制模块，数据存储模块，所述的第二通讯模块连接第一通讯模块，所述的控制模块用于将第二通讯模块的数据与数据存储模块内的数据进行数据对比归类，所述的垃圾桶终端包括控制终端和盖体终端，所述的控制终端与控制模块连接，所述的控制终端电路连接盖体终端。
进一步的，所述的盖体终端包括丝杆、垃圾桶盖和伺服电机，所述的伺服电机连接丝杆，所述的丝杆连接垃圾桶盖，所述的伺服电机与控制终端电路连接。
进一步的，所述的盖体终端包括电控锁和垃圾桶盖，所述的电控锁连接垃圾桶盖，所述的电控锁与控制终端电路连接。
进一步的，所述的垃圾桶终端还包括前开门终端，所述的前开门终端包括垃圾桶前开门和电控锁，所述的电控锁连接垃圾桶前开门，所述的电控锁与控制终端电路连接。
进一步的，所述的识别终端、数据处理终端和垃圾桶终端利用有线电路连接或者无线连接。
进一步的，所述的识别终端、数据处理终端和垃圾桶终端通过WIFI或4G网络或5G网络进行无线连接。
进一步的，所述的垃圾桶终端还包括溢满识别终端，所述的溢满识别终端与控制终端电路连接，所述的溢满识别终端上设置有红外线传感器。
进一步的，所述的传感器采用红外线传感器。
进一步的，所述的垃圾桶终端还包括烟雾识别报警终端。
本发明的有益效果是：
1.本发明对应的方法通过视觉识别进行垃圾分类，利用数据处理终端的控制模块对垃圾图像进行分类学习，然后控制模块提取传输过来的垃圾图像的特征信息进行网络结构对比，定义垃圾的具体分类，然后利用控制模块自动驱动对应分类垃圾桶终端开盖投放垃圾或者前开门回收垃圾，能够自动识别垃圾类别，方便广大群众分类垃圾和后续进行垃圾处理，避免垃圾混杂的情形，符合环保要求；
2.本发明对应的系统利用识别终端对垃圾进行识别上传，通过数据处理终端的控制模块将识别终端的垃圾图像数据与数据存储模块内的数据进行数据对比归类，确定好类别后，控制模块控制对应类别垃圾桶终端的控制终端发送信号，打开盖体终端的垃圾桶盖，方便广大群众倒垃圾，能够自动识别垃圾类别，方便广大群众分类垃圾和后续进行垃圾处理，避免垃圾混杂的情形；
3.本发明通过在垃圾桶终端设置前开门终端，方便垃圾的回收运输，还在垃圾桶终端设置溢满识别终端，能够控制溢满的垃圾桶终端的盖体终端不开启，防止垃圾溢出，同时还设置了烟雾识别报警终端，防止火灾的发生，使用方便，功能齐全。
附图说明
图1是本发明的系统对应结构图；
图2是本发明的识别终端和数据处理终端对应主机结构示意图；
图3是本发明的垃圾桶终端对应垃圾桶结构示意图。
图中：1-识别终端；2-数据处理终端；3-垃圾桶终端；11-触发模块；12-视觉识别模块；31-控制终端；32-盖体终端；33-前开门终端；34-溢满识别终端；35-烟雾识别报警终端；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为了解决广大群众对于垃圾分类不准确，导致垃圾分类混杂，后期处理难度大的问题，本申请公开了一种基于视觉识别的垃圾分类管理方法，包括如下步骤：
S1：使用者将垃圾接触识别终端；
S2：识别终端的触发模块利用传感器感应到物体接触后，驱动视觉识别模块的摄像头开启；
S3：视觉识别模块摄像头拍摄垃圾图像，并将图像传输到第一通讯模块；第一通讯模块将垃圾图像传输到数据处理终端的第二通讯模块；
S4：数据处理终端的控制模块对垃圾图像进行分类学习，人工采集垃圾的原始数据，将垃圾的原始数据存储在数据存储模块中，控制模块预训练一个分类网络从而得到各类垃圾特征提取的网络结构，微调上述网络结构为具体商品的识别网络结构；通过区域划分和分类器输出各个提取区域的分类标签，将数据保存到数据存储模块中；首先人工采集垃圾分类和对应的垃圾图像，例如，对于果皮等是厨余垃圾，易拉罐瓶子是可回收垃圾，控制模块预训练一个分类网络从而得到各类垃圾特征提取的网络结构，例如易拉罐的特征之一是圆柱形结构、立体、有盖子和瓶口，将这些特征信息定义为可回收垃圾之后，对应这些特征信息的网络结构进行区域划分时，就将各个提取区域定义为可回收垃圾区域，其他也是类似的处理方法，完成垃圾数据和分类的定义；
S5：第二通讯模块将数据传输到控制模块，控制模块提取传输过来的垃圾图像的特征信息，并将该特征信息与数据存储模块中已经确定好的网络结构对比，当特征信息相匹配时，记录下网络结构对应分类区域的分类标签，定义为垃圾的具体分类；例如，当易拉罐瓶子对应的特征量被提取后，确定特征量的网络结构在可回收垃圾区域，即将该垃圾定义为可回收垃圾，该运算类似将垃圾数据的特征量集合坐标化，然后将坐标分区，控制模块确定好特征量集合后，读取对应的集合坐标，确定分区，完成垃圾分类的定义；
S6：控制模块定义好垃圾分类后，向对应垃圾分类的垃圾桶终端的控制终端发送信号，控制终端再给盖体终端发送信号，盖体终端的伺服电机或电控锁收到信号后，驱动打开垃圾桶盖，用户投递垃圾；
S7：垃圾桶终端的溢满识别终端的传感器识别垃圾接触，当识别到物体接触时，溢满识别终端向控制终端发送溢满数据，控制终端将溢满数据发送给控制模块，控制模块进行溢满提醒；
S8：管理人员操作控制模块，控制模块给对应溢满提醒的垃圾桶终端的控制终端发送信号，控制终端收到信号后给前开门终端发送开门信号，前开门终端的电控锁接收到信号，开启前开门，回收处理垃圾；
S9：完成垃圾的分类和回收。
本发明对应的方法通过视觉识别进行垃圾分类，利用数据处理终端的控制模块对垃圾图像进行分类学习，然后控制模块提取传输过来的垃圾图像的特征信息进行网络结构对比，定义垃圾的具体分类，然后利用控制模块自动驱动对应分类垃圾桶终端开盖投放垃圾或者前开门回收垃圾，能够自动识别垃圾类别，方便广大群众分类垃圾和后续进行垃圾处理，避免垃圾混杂的情形，符合环保要求。
本发明还公开了一种基于视觉识别的垃圾分类管理系统，如图1所示，包括：
识别终端1，数据处理终端2和垃圾桶终端3，所述的识别终端1、数据处理终端2和垃圾桶终端3顺序连接，优选的，所述的识别终端1、数据处理终端2和垃圾桶终端3利用有线电路连接或者无线连接；其中无线连接的方式包括WIFI或4G网络或5G网络的方式。所述的识别终端1包括触发模块11，视觉识别模块12和第一通讯模块，所述的视觉识别模块12连接触发模块11，第一通讯模块连接视觉识别模块12，所述的触发模块11利用传感器触发，所述视觉识别模块12由摄像头组成，识别终端1的作用是识别读取垃圾数据，优选的，触发模块11利用传感器触发，具体是利用红外线传感器触发，触发模块11的作用是触发视觉识别模块12识别，当垃圾靠近时，触发模块11感应到物体接触，会给视觉识别模块12发送识别信号，这时，视觉识别模块12开始识别垃圾，识别完成后，垃圾的图像数据会被传输到第一通讯模块中。所述的数据处理终端2包括第二通讯模块，控制模块，数据存储模块，所述的第二通讯模块连接第一通讯模块，所述的控制模块用于将第二通讯模块的数据与数据存储模块内的数据进行数据对比归类，数据处理终端2的作用是对垃圾进行对比归类，具体是利用第二通讯模块连接第一通讯模块，将第一通讯模块的垃圾图像数据传输到第二通讯模块，然后控制模块再将第二通讯模块中的垃圾图像数据与数据存储模块中预先保存的垃圾图像数据对比，由于数据存储模块储存了许多垃圾图像并对对应垃圾图像进行了分类定义，当控制模块将垃圾图像进行对比，一致后，便自动为该垃圾确定分类。而数据存储模块的初始数据是通过人工采集需要识别垃圾的原始数据，预训练一个分类网络从而得到各类物体特征提取的网络结构；微调上述网络结构为具体商品的识别网络结构；通过区域划分和分类器输出各个提取区域的分类标签。通过该步骤数据存储模块的数据被定义成一定结构，当控制模块接收到第二通讯模块发来的商品信息后会和数据存储模块中的商品结构对比，通过提取到的特征结构输出对应的分类标签，实现垃圾识别的过程，这样就能快速的识别出垃圾的具体类别。而本申请的控制模块对比的技术是现有的视觉识别技术，机器视觉识别系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置)把图像抓取到，然后将该图像传送至处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作”。所述的垃圾桶终端3包括控制终端31和盖体终端32，所述的控制终端31与控制模块连接，所述的控制终端31电路连接盖体终端32。垃圾桶终端3的作用是控制垃圾桶上的各个参数，来控制垃圾桶的各个装置启动，其中，最关键的就是盖体终端32，当数据处理终端2确定好垃圾的分类后，垃圾桶终端3会打开对应分类的垃圾桶盖，这样用户就可以投放垃圾，使用方便，自动识别。
优选的，所述的盖体终端32包括丝杆、垃圾桶盖和伺服电机，所述的伺服电机连接丝杆，所述的丝杆连接垃圾桶盖，所述的伺服电机与控制终端31电路连接。该方案是本申请盖体终端32的一个实施例，即通过控制终端31控制伺服电机启动或停止，利用伺服电机驱动丝杆运动，进而实现垃圾桶盖打开和关闭，该方案可以实现垃圾桶开盖稳定，但该方便并非唯一方案，本申请的盖体终端32的另一个实施例是所述的盖体终端32包括电控锁和垃圾桶盖，所述的电控锁连接垃圾桶盖，所述的电控锁与控制终端31电路连接。直接利用电控锁来实现垃圾桶盖开合，更快捷。
优选的，为了方便垃圾回收管理员更方便的回收垃圾，所述的垃圾桶终端3还包括前开门终端33，所述的前开门终端33包括垃圾桶前开门和电控锁，所述的电控锁连接垃圾桶前开门，所述的电控锁与控制终端31电路连接。当垃圾回收管理员需要回收垃圾时，通过特定方式给控制终端31发信号，控制终端31控制前开门的电控锁打开，实现前开门，来收集处理垃圾，其中给控制终端31发信号方式可以通过控制模块来完成，
优选的，为了防止垃圾桶溢满，垃圾溢出，所述的垃圾桶终端3还包括溢满识别终端34，所述的溢满识别终端34与控制终端31电路连接，所述的溢满识别终端34上设置有红外线传感器。当溢满识别终端34的传感器识别到垃圾时，就表示对应的垃圾桶终端3已经溢满，那么控制终端31就不会再控制驱动该垃圾桶终端3的盖体终端32开盖，不能再往里面倒垃圾，防止溢满。
优选的，所述的垃圾桶终端3还包括烟雾识别报警终端35，烟雾识别报警终端35的作用是进行烟雾报警，防止垃圾桶内的烟头等可燃物，其使用的是常用的烟雾传感器，利用烟雾识别报警终端35能够实现垃圾桶内烟雾时自动报警，防止燃烧和火灾。
如图2所示，本发明对应的识别终端1，数据处理终端2设置在图2所示的主机内，其中识别终端1主要是利用主机前端的传感器以及主机上的摄像头来实现识别，而数据处理终端2嵌入在主机内，其使用的是现有的安卓端控制系统来控制操作，对应的控制模块是其内部的CPU，数据存储模块对应内部的存储器，而摄像头与安卓端控制系统的连接可以通过有线连接，也可以利用无线的方式连接。如图3所示，本发明对应的垃圾桶终端3对应使用的是经过处理的垃圾桶，对于本申请的盖体终端32设置在垃圾桶的上方，前开门终端33设置在垃圾桶的前面，溢满识别终端34和烟雾识别报警终端35设置在垃圾桶的内部。
本发明的具体使用原理是：
首先，使用者拿着垃圾来到主机上，将垃圾放到主机的摄像头上，当识别终端1的触发模块11即传感器感应到有物体接触时，会自动触发视觉识别模块12，即摄像头开始扫描和拍摄垃圾图像，拍摄完成后，视觉识别模块12将垃圾图像传输到第一通讯模块发送到数据处理终端2的第二通讯模块，其中该步骤的第一通讯模块和第二通讯模块对应有线的是电路连接，对应无线的是WIFI或4G或5G网络连接，当垃圾的图像数据到达第二通讯模块后，控制模块对比第二通讯模块和数据存储模块的预先数据，然后对该垃圾进行分类，分类后，控制模块发送信号给对应的控制终端31，控制终端31给伺服电机发送信号，打开盖子，使用人可以直接倒垃圾，方便快捷。而当垃圾管理员需要回收处理垃圾时，可以通过控制主机的控制模块给垃圾桶终端3的控制终端31发信号，控制终端31给前开门终端33发信号，实现前开门，其中控制主机的方式可以通过主机上的触摸屏显示器，使用方便。
本发明通过识别终端对垃圾进行识别上传，通过数据处理终端的控制模块将识别终端的垃圾图像数据与数据存储模块内的数据进行数据对比归类，确定好类别后，控制模块控制对应类别垃圾桶终端的控制终端发送信号，打开盖体终端的垃圾桶盖，方便广大群众倒垃圾，能够自动识别垃圾类别，方便广大群众分类垃圾和后续进行垃圾处理，避免垃圾混杂的情形，符合环保要求。通过在垃圾桶终端设置前开门终端，方便垃圾的回收运输，还在垃圾桶终端设置溢满识别终端，能够控制溢满的垃圾桶终端的盖体终端不开启，防止垃圾溢出，同时还设置了烟雾识别报警终端，防止火灾的发生，使用方便，功能齐全。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于视觉识别的垃圾分类管理方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：使用者将垃圾接触识别终端；
S2：识别终端的触发模块利用传感器感应到物体接触后，驱动视觉识别模块的摄像头开启；
S3：视觉识别模块摄像头拍摄垃圾图像，并将图像传输到第一通讯模块；第一通讯模块将垃圾图像传输到数据处理终端的第二通讯模块；
S4：数据处理终端的控制模块对垃圾图像进行分类学习，人工采集垃圾的原始数据，将垃圾的原始数据存储在数据存储模块中，控制模块预训练一个分类网络从而得到各类垃圾特征提取的网络结构，微调上述网络结构为具体商品的识别网络结构；通过区域划分和分类器输出各个提取区域的分类标签，将数据保存到数据存储模块中；
S5：第二通讯模块将数据传输到控制模块，控制模块提取传输过来的垃圾图像的特征信息，并将该特征信息与数据存储模块中已经确定好的网络结构对比，当特征信息相匹配时，记录下网络结构对应分类区域的分类标签，定义为垃圾的具体分类；
S6：控制模块定义好垃圾分类后，向对应垃圾分类的垃圾桶终端的控制终端发送信号，控制终端再给盖体终端发送信号，盖体终端的伺服电机或电控锁收到信号后，驱动打开垃圾桶盖，用户投递垃圾；
S7：垃圾桶终端的溢满识别终端的传感器识别垃圾接触，当识别到物体接触时，溢满识别终端向控制终端发送溢满数据，控制终端将溢满数据发送给控制模块，控制模块进行溢满提醒；
S8：管理人员操作控制模块，控制模块给对应溢满提醒的垃圾桶终端的控制终端发送信号，控制终端收到信号后给前开门终端发送开门信号，前开门终端的电控锁接收到信号，开启前开门，回收处理垃圾；
S9：完成垃圾的分类和回收。
2.一种基于视觉识别的垃圾分类管理系统，其特征在于，包括：识别终端，数据处理终端和垃圾桶终端，所述的识别终端、数据处理终端和垃圾桶终端顺序连接，所述的识别终端包括触发模块，视觉识别模块和第一通讯模块，所述的视觉识别模块连接触发模块，第一通讯模块连接视觉识别模块，所述的触发模块利用传感器触发，所述视觉识别模块由摄像头组成，所述的数据处理终端包括第二通讯模块，控制模块，数据存储模块，所述的第二通讯模块连接第一通讯模块，所述的控制模块用于将第二通讯模块的数据与数据存储模块内的数据进行数据对比归类，所述的垃圾桶终端包括控制终端和盖体终端，所述的控制终端与控制模块连接，所述的控制终端电路连接盖体终端。
3.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的垃圾分类管理系统，其特征在于：所述的盖体终端包括丝杆、垃圾桶盖和伺服电机，所述的伺服电机连接丝杆，所述的丝杆连接垃圾桶盖，所述的伺服电机与控制终端电路连接。
4.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的垃圾分类管理系统，其特征在于：所述的盖体终端包括电控锁和垃圾桶盖，所述的电控锁连接垃圾桶盖，所述的电控锁与控制终端电路连接。
5.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的垃圾分类管理系统，其特征在于：所述的垃圾桶终端还包括前开门终端，所述的前开门终端包括垃圾桶前开门和电控锁，所述的电控锁连接垃圾桶前开门，所述的电控锁与控制终端电路连接。
6.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的垃圾分类管理系统，其特征在于：所述的识别终端、数据处理终端和垃圾桶终端利用有线电路连接或者无线连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于视觉识别的垃圾分类管理系统，其特征在于：所述的识别终端、数据处理终端和垃圾桶终端通过WIFI或4G网络或5G网络进行无线连接。
8.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的垃圾分类管理系统，其特征在于：所述的垃圾桶终端还包括溢满识别终端，所述的溢满识别终端与控制终端电路连接，所述的溢满识别终端上设置有红外线传感器。
9.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的垃圾分类管理系统，其特征在于：所述的传感器采用红外线传感器。
10.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的垃圾分类管理系统，其特征在于：所述的垃圾桶终端还包括烟雾识别报警终端。
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